گزارشی از کاربرد فناوری نانو//استفاده از نانوتکنولوژی در کشاورزی

امروزه با استفاده از نانو سنسورها مشخص می شود که هر قسمت کوچک از مزرعه به چه میزان عناصر غذایی و سم نیاز دارد و بدین وسیله از آلودگی محیط زیست جلوگیری کرده، ‌سلامت محصولات و افزایش بازده اقتصادی را ممکن می سازد.

به گزارش خبرگزاری علم وفناوری هرمزگان؛ در حال حاضر جمعیت دنیا در حدود هفت میلیارد نفر است که ۵۰ درصد آن در آسیا زندگی می کنند. جمعیت زیادی از مردم کشورهای در حال توسعه، هر روز به علت تاثیرات محیطی و یا بی ثباتی سیاسی با مشکل مواد غذایی روبرو هستند، در حالی که کشورهای توسعه یافته با مازاد مواد غذایی مواجه هستند. امروزه توانایی فناوری نانو در دگرگونی بهداشت، نساجی، فناوری اطلاعات و ارتباطات، علم مواد و انرژی بر همگان واضح است. فناوری نانو با کمک ابزارهای جدید توانایی دگرگون سازی صنایع غذایی و کشاورزی را دارد و میتواند از این ابزارها برای تشخیص رفتارهای مولکولی بیماری ها، کشف سریع بیماری و افزایش توانایی گیاهان برای جذب مواد غذایی استفاده کند. همچنین در صنایع کشاورزی میتوان از حسگرها و سیستم های رسانش هوشمند برای مبارزه با ویروس ها و پاتوژن های محصولات کشاورزی بهره جست. نانو فناوری منجر به تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پس آب آلودگی را کاهش خواهد داد. در این راستا فناوری های جدید امکان بازیافت و استفاده مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهد کرد. اگر بپذیریم که نانو فناوری، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی، اتمی و استفاده از خواص آن سطوح است، آنگاه در می یابیم کاربردهای این فناوری در حوضه های مختلف علم از جمله کشاورزی در عرصه های گوناگون اقتصادی، اجتماعی و غیره بسیار وسیع و موثر خواهد بود.

می توان گفت نانوتکنولوژی به عنوان انقلابی در شرف وقوع، آینده اقتصادی کشورها و جایگاه آنها در جهان را تحت تاثیر جدی قرار خواهد داد و اثرات تحول آفرین و معجزه آسای نانوتکنولوژی باعث شده که کشورهای بزرگ فناوری نانو را به عنوان یکی از مهمترین اولویت های تحقیقاتی خویش طی دهه اول قرن بیست و یکم و به عنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان محسوب نمایند.

هم اکنون در دنیا سرمایه گذاری های عظیمی در زمینه نانوتکنولوژی و بالاخص در گرایش های نانو بیوتکنولوژی (استفاده از قابلیت های نانو تکنولوژی در کاربردهای زیستی) و نانو پزشکی صورت گرفته است، که نشان دهنده اهمیت این فناوری در پیشرفت آنی کشورهای توسعه یافته ای چون آمریکا، آلمان، ژاپن و کشورهای در حال توسعه مانند مالزی، هند و دیگر کشورها می باشد.

ضرورت و اهمیت نانوتکنولوژی در بخش کشاورزی:

در حال حاضر چالش های جهانی زیادی پیش روی بخش کشاورزی است، تغییرات آب و هوایی، شهرنشینی، مصرف منابع طبیعی و مشکلات زیست محیطی نظیر رها شدن آفت کش ها و کودها، اگر تقاضای روزافزون غذا به واسطه افزایش جمعیت از ۷ میلیارد کنونی تا ۹ میلیارد در سال ۲۰۵۰ را نیز در نظر بگیریم این مسائل تشدید هم می شوند.

بخش کشاورزی و تولید مواد اولیه در کشورهای در حال توسعه اساس اقتصاد ملی محسوب می شود. در این نواحی مشکلات عمده ای نظیر کمبود خاک حاصلخیز، کاهش زمینه ای کشاورزی موجود، وابستگی به مواد اولیه، فقر و سوء تغذیه وجود دارد. پیشرفت های علمی و فنی راه حل های بالقوه ای در خود برای کشورهای در حال توسعه جهت نوآوری و ارتقای تولیدشان ارائه می دهند.

اتحادیه اروپا فناوری نانو را یکی از شش فناوری کلیدی معرفی نموده است که در پزشکی، بیوتکنولوژی، الکترونیک، علوم، مواد و انرژی کاربرد دارد

توسعه روزافزون کاربردهای نانوفناوری

در کشورهای در حال توسعه، فناوری های نانو می تواند در چندین زمینه از جمله امنیت غذایی، تولید نهاده‌های دام، طیور و آبزیان، سیستم های تولید برنج، زیست‌فناوری کشاورزی، مراقبت های بهداشتی حیوانات، کشاورزی دقیق و هوشمند، صنایع غذایی و استفاده از آب کاربردهای مهمی داشته باشد.

به تازگی حسگرهای بیوشیمیایی بسیار حساس با کمک نانوفناوری، تولید و استفاده شده‌اند. این نانوحسگرها در کشاورزی به ویژه برای تجزیه و تحلیل خاک، سنجش و کنترل آسان مواد زیست شیمیایی، مدیریت و انتقال آب، سموم دفع آفات و مواد مغذی، اثربخشی گسترده ای یافته‌اند.

حضور اثربخش نانو در بخش کشاورزی و غذا

به طور خاص در کشاورزی، نوآوری با توجه به پیش آمدن چالش های جهانی از جمله رشد جمعیت، تغییرات آب و هوا و دسترسی محدود مواد مغذی مهم گیاه مانند فسفر و پتاسیم از اهمیت برخوردار است. فناوری نانویی که برای تولید محصولات کشاورزی اعمال می شود می تواند در رفع این مشکلات، نقشی اساسی داشته باشد.

یکی از کاربردهای ویژه نانومواد در کشاورزی به کاهش کاربردهای محصولات محافظت از گیاهان، به حداقل رساندن اتلاف مواد مغذی در کوددهی و افزایش بازده از طریق مدیریت بهینه مواد مغذی منجر می‌شود.

با وجود ویژگی‌های دستگاه ها و ابزارهای فناوری نانو مانند نانوکپسول‌ها، ذرات نانو و حتی کپسیدهای ویروسی، نمونه هایی از موارد استفاده نانوفناوری برای کشف و درمان بیماری ها، افزایش جذب مواد مغذی توسط گیاهان، رساندن مواد فعال به مکان های خاص و فرآیندهای تصفیه آب است.

استفاده از نانوذرات اختصاصی و هدفمند می تواند آسیب به بافت‌های گیاهی مفید و میزان مواد شیمیایی آزاد شده در محیط را کاهش دهد. دستگاه های مشتق از فناوری نانو همچنین در زمینه اصلاح نباتات و تحول ژنتیکی مورد استفاده قرار می گیرند.

نانوذرات مشتق شده از زیست‌پلیمرها مانند پروتئین ها و کربوهیدرات ها با تأثیر کم بر سلامت انسان و محیط زیست به مرور در حال رایج شدن هستند و بر کاربردهای آن‌ها افزوده شده است. به عنوان مثال نانوذرات پایه نشاسته‌ای، به عنوان واسطه‌های غیر سمی به عنوان محرک زیستی به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نانو ذراتی که عموماً در بخش کشاورزی بکار می‌روند

از نانوذرات مختلفی بطور تجاری در کشاورزی سود می‌بریم. برخی از مواد متداول در زیر ذکر می‌گردد:

نانوذرات پلیمری

نانو ذرات پلیمری برای انتقال بهتر کودهای شیمیایی بصورتی پیوسته و کنترلی، کاربرد دارند. از مزایای خیلی خوب این مواد، سازگاری زیستی آنها و کمینه تاثیرشان بر ارگانیسم‌های غیر هدف در خاک می‌باشد.

برخی از نانومواد پلیمری مصرفی در کشاورزی عبارتند از پلی‌اتیلن گلیکول، پلی اپسیلون-کاپرولاکتون ، پلی‌لاکتید-کو- گلیکولید و پلی γ-گلوتامیک اسید.

نانو ذرات نقره

نانو ذرات نقره بخاطر داشتن طیف وسیعی از اثرات ضد میکروبی، می‌توانند در برابر آفات مختلف مفید واقع گردند. همچنین وجود دارد که نشان می‌دهد، این ذرات می‌توانند در رشد گیاهان نیز اثرگذار واقع گردند.

دفع آفات نباتی و فناوری نانو در بهینه سازی سموم

نانو ذرات آلومینیوم سیلیکات

بسیاری از شرکتهای مختلف شیمیایی، از ترکیبات این ذرات به عنوان یک دافع تاثرگذار آفات بهره‌برداری می‌کنند.

نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم

این نانو ذرات زیست سازگار بوده و به عنوان یک ماده ضدعفونی کننده آب بکار می‌روند.

نانو ساختارهای کربنی

از نانوساختارهای کربنی مثل گرافن‌ها، اکسید گرافن‌ها،  نانولوله‌ها و فولرین‌ها برای بهبود جوانه زنی بذرها مصرف می‌شود.

از دیگر نانوذراتی که در کشاورزی کاربردی هستند، این موارد ذکر می‌گردند: اکسید روی، نانوذرات اکسید مس، نانوذرات مغناطیسی، نانوذرات آهن و …

آفات نباتی و فناوری نانو

نانو محصولات ضد آفات نباتی و جانوری در خدمت افزایش بهره وری

بکارگیری از نانو علف کش‌ها و نانو آفت کش‌ها موجب فزونی قابل توجه بهره وری در محصولات کشاورزی گردیده است. دراین حوزه انواع مختلف نانوذرات مانند پلیمری ها و نانوذرات معدنی در فرمولاسیون ضد آفت‌ها بهره‌برداری می‌شوند.

دانشمندان شیوه‌های مختلفی را برای اعمال موثر علف‌کشها ایجاد کرده‌اند. به عنوان مثال نانو ذرات پلی آرتازین بصورت کپسول درآورده می‌شوند.

به کمک این کپسول‌ها توانایی نظارتی کامل بر روی اهداف خاکی مد نظر بدست می‌آید. در نتیجه مسمومیت گیاهان در سطح ژنها نیز کاهش چشمگیری پیدا کرده و فعالیت غیر مفید آترازین در خاک کاملاً کمینه می‌گردد.

نانو مواد برای کنترل بیماریها

سالانه گزارشات مختلفی درخصوص عفونت‌های میکروبی حاصل از محصولات کشاورزی (ویروسی، قارچی و میکروبی) منتشر می‌گردد. در نتیجه نانو ذرات با خواص آنتی میکروبیالی، می‌توانند از  ازدیاد عفونتها جلوگیری نمایند.

برخی از قارچ های رایجی که باعث بیماری می شوند Colletotrichum gloeosporioides و یا قارچ فوزاریوم Fusarium oxysporum هستند.

استراژی های آینده و گزینه های سیاست گذاری فناوری نانو

گزینه‌های زیر می‌توانند به عنوان بخشی از استراتژی‌ها و سیاست‌های آینده مبتنی بر فناوری نانو برای کشاورزی باشند:

• سنتزهای کنترل شده دوستدار محیط زیست به کمک نانو ذرات
• شناخت کامل نانو ذراتی که می‌توان به کمک گیاهان درون رُستی ریشه ای(root endophytes) و قارچ‌های هم زیست پذیر(mycorrhizal) تولید کرد. در واقع این ارگانیسم‌ها می توانند نقش موثری در بهره وری محصولات و مدیریت آفات ایفا نمایند.
• ایجاد بستر لازم برای تعاملات نانو ذرات با سیستم‌های گیاهی مانند انتقال مکانیسم‌های نانو ذرات به داخل اندام گیاهان.
• ارزیابی درست و دقیق اثرات جانبی منفی که امکان دارد نانو ذرات بر روی شرایط متفاوت محیط زیست داشته باشند.

دانشمندان در حال حاضر دربارهٔ پیامدهای آینده نانوفناوری بحث می‌کنند. فناوری نانو ممکن است بتواند بسیاری از مواد و دستگاه‌های جدید را با طیف گسترده‌ای از کاربردها در برای مثال نانوپزشکی، نانو الکترونیک، تولید انرژی مواد زیستی و محصولات مصرفی ایجاد کند. از سوی دیگر، ناوفناوری مانند بسیاری از فناوری‌های دیگر باعث ایجاد موضوعات بحث‌برانگیز می‌شود، از جمله نگرانی در مورد سمیت و اثرات زیست‌محیطی نانومواد، و تأثیرات بالقوه آنها بر اقتصاد جهانی و همچنین گمانه زنی در مورد سناریوهای مختلف پایان جهان.

نتیجه گیری

در دهه های گذشته، بازارهای جهانی فناوری نانو در بخش کشاورزی، باتوجه به افزایش جمعیت و در پی آن افزایش تقاضای بخش کشاورزی به میزان قابل توجهی رشد یافته است. بخش وسیعی از مردم جهان به دلیل اثرات زیست محیطی با کمبود مواد غذایی روزانه خود مواجه هستند، درحالی که در کشورهای توسعه یافته مازاد مواد غذایی وجود دارد. بنابراین توسعه محصولات مقاوم به خشکسالی و آفات در این بین ضروری به نظر می رسد.

بخش کشاورزی و تولید مواد اولیه در کشورهای در حال توسعه اساس اقتصاد ملی محسوب می شود. در این کشورها مشکلات عمده متعددی نظیر ضعف خاک حاصلخیز، کمبود زمین های کشاورزی موجود، وابستگی به مواد اولیه، فقر و سوء تغذیه وجود دارد. در دهه های قبل توسعه صنعتی موجب تغییرات ساختاری عمیقی در بخش کشاورزی شد. مثلا : تبدیل کشتزارهای کوچک به سیستم های صنعتی تولید تخصصی، گسترش عرضه و تقاضا به لحاظ جغرافیایی به سمت جهان در حال توسعه و اهمیت روز افزون منابع جهانی و بازاریابی چالش هایی را در پیش روی بخش کشاورزی می گذارد. لذا باید در حد ممکن توسعه پایدار تولید ارتقا داده شود به گونه ای که سلامت غذایی افزایش، فقر کاهش و سلامت عمومی بهتر شود.

پیشرفتهای علمی و فنی راه حل بالقوهای را برای کشورهای در حال توسعه جهت نوآوری و ارتقاء دستگاه های فعلی تولیدی شان ارائه می دهند. خیلی از فناوریهای جدید نه تنها قابلیت افزایش بهره وری کشاورزی را دارند بلکه همچنین میتوانند برای کاهش هزینه های زیست محیطی و تامین منابع تولید کشاورزی به کار آیند.